ＩＲサーモグラフィ／ＰＩＶを駆使した液滴内の熱的不安定性対流の物理解明

使用红外热成像/PIV 对液滴内热不稳定对流进行物理解析

基本信息

批准号：
17J05137
负责人：
喜多由拓
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

昨年度，本特別研究員が英国エジンバラ大学にて行った，濡れ性を制御した面での液滴挙動に関する実験に対する解析を行った．高速度カメラで撮影した液滴挙動を画像解析し，超撥水パターンを施した面上を液滴がどのように移動する過程を詳細に明らかにした．また，画像から液滴がもつ表面自由エネルギーの時間的変化を計算し，液滴は自由エネルギーが小さくなる方向へ移動することを示し，さらにそのエネルギーは指数関数的減衰に従うことが分かった．また，接触角ヒステリシスによる液滴移動に対するエネルギー障壁を有限要素解析により見積り，液滴が自発的に移動するための条件を熱力学的に示した．これらの結果を論文としてまとめ，当該分野の有力紙である王立化学協会のSoft matterに発表した．また，平成30年5月に札幌で開催された日本伝熱シンポジウムで本成果を発表し，優秀プレゼンテーション賞を受賞した．さらに本特別研究員は，共同研究先のエジンバラ大学が主導するEU Horizon 2020の国際プロジェクトの年次ワークショップ（平成30年12月，中国・天津）に基調講演として招待され，本研究の成果を発表した．ワークショップに参加した，欧州・北米・中国の研究者と有意義なディスカッションを行った．産業界からは欧州のマイクロ流体デバイス関連企業も参加し，ディスカッションを通して液滴移動やマランゴニ対流を利用したミキシングなどの応用へのポテンシャルを見出すことができた．

去年，这位特别研究人员对在英国爱丁堡大学进行的一项实验进行了分析，涉及液滴在受控润湿性方面的行为。使用高速摄像头对液滴行为进行的图像分析用于详细阐明液滴如何在具有超级水的图案的表面上移动。此外，从图像中计算出液滴的表面自由能的时间变化，表明液滴沿自由能变小的方向移动，并且能量遵循指数衰变。此外，使用有限元分析估算了由于接触角滞后而引起的液滴转移的能量屏障，而液滴自发运动的条件是热力学的。这些结果被汇编成论文，并以软物质，皇家化学学会（该领域的领先报纸）的形式提出。此外，他在2018年5月在萨波罗举行的日本传热研讨会上介绍了自己的业绩，并获得了卓越演讲奖。此外，这位特别研究人员应邀请在欧盟Horizon 2020年国际项目的年度研讨会上发表主题演讲（2018年12月，中国天津，中国），由爱丁堡大学（University of Edinburgh），联合研究员领导，并介绍了这项研究的结果。我们与参加研讨会的欧洲，北美和中国的研究人员进行了有意义的讨论。该行业的欧洲微流体设备相关公司也参与了参与，并通过讨论发现了使用Marangoni对流的液滴转移和混合等应用的潜力。